幾年前，某廠有一個負責風噪的技術專家，每次項目討論或者技術交流的時候，必談A柱、后視鏡、三角板的改型，被大家親切的稱為三板斧專家。不過，整車風噪，三板斧就夠了嗎？

對于一輛高速行駛的汽車來說，駕駛員或者乘客聽到的噪聲其實是很復雜的：比如當高速氣流流過車身外部，如上車身、底盤、車頂凸起的行李架和天線、門縫間隙和密封條等部位產生的外流噪聲；而氣流流過空調系統、機艙冷卻風扇、排氣管和消聲器等內流管路引起的內流噪聲也會傳入乘員艙。除了這兩類和流動相關的噪聲之外，還有一些非流動相關的噪聲，比如發動機噪聲，胎噪和傳動噪聲等。而我們平時常說的整車風噪一般特指外流噪聲。

相信大家對于整車外流場一定不陌生：氣流流過車身外部的時候，會產生很強的湍流脈動和流動分離；湍流中的壓力脈動會直接作用于車身外表面的任何一個地方，而空間中復雜的流場結構也必然會伴隨著聲波的產生。湍流+聲波的強強組合幾乎可以從整車表面的任何一個地方鉆到車里，當然，鉆進去的比例則非常依賴于當地部件對于壓力脈動的阻礙能力，比如車門肯定比玻璃的隔聲能力更強。所以通常情況下，外部的風噪主要通過車窗玻璃、底盤、密封條或一些特殊部件傳入車內；當然如果我們把車窗打開的話，還可能會在某些工況下產生風振。

01 上車身風噪

當高速流體流過上車身，尤其是在落水槽、A柱和后視鏡附近產生的渦流和聲壓，很容易通過風擋和側窗玻璃傳入到乘員艙。這部分的噪聲源通常都是寬頻的噪聲，而人耳恰好對中高頻的聲音更加敏感——這體現在當我們計算語言清晰度時，中高頻的占比更為重要。所以來自玻璃面板的噪聲源往往會對語音清晰度有比較大的影響。而剛才提到的三板斧主要就是針對透過車窗玻璃的風噪而言的。下圖展示了某主機廠使用PowerFLOW進行風噪對標的結果，實驗和仿真的結果在中高頻的區域吻合很好。

頻譜上面有一個非常有趣的現象，就是3000Hz左右經常會出現第二個波峰，這是由于車窗玻璃在入射聲波激發下會產生受迫的彎曲波，當受迫彎曲波的傳播速度等于玻璃固有的自由彎曲波的傳播速度時，車窗玻璃就會“順從”地跟隨入射聲波彎曲，使入射聲能量更加容易透射到乘員艙內。對于一個5mm厚的單層玻璃，當聲波水平入射的時候，臨界吻合頻率約為2300Hz，當聲波入射角從水平方向逐漸增大的時候，吻合頻率也會逐漸增大。由于流場中的聲波是雜亂無章的，各種入射角度都有，所以在頻譜上呈現的就是一個吻合頻率的范圍，我們經常稱之為吻合頻率帶。進行三板斧優化時，吻合頻率帶的聲壓級是需要重點關注的內容。

02 底盤噪聲

類似上車身的風噪，當空氣快速流過車身底部，與車輪和車底復雜的部件相互作用的時候，也會產生強烈的湍流以及聲壓脈動，并通過輪罩，地板以及中央通道等部件傳入乘員艙，稱為底盤噪聲，其主要也是一些寬頻噪聲。但是不同于前述的上車身風噪，底盤噪聲在中低頻的貢獻會更加明顯。這主要是由于車底通常由很多層不同材質的隔板組成，且重量較大，對于高頻的聲壓脈動具有很好的阻尼效果。下圖展示了某主機廠使用PowerFLOW進行底盤噪聲的對標工作，可以看到，PowerFLOW準確捕捉到了不同車速對于底盤噪聲的影響，仿真的頻譜和實驗基本一致，而低頻的差異主要來源于仿真并沒有完整考慮到乘員艙的聲學模態效應。

03 間隙/密封條噪聲

車身表面還有很多不起眼的間隙和密封條，也可能會產生明顯的噪聲源。大家在做風洞實驗的時候，為了避免泄露以準確的測量其他噪聲源的貢獻，通常會用膠帶把所有的間隙都封上。可是當我們把膠帶撕掉之后，乘員艙內的噪聲會明顯的增加；很多人以為是泄露引起的，其實不盡然。下圖展示了一個典型的車門間隙的流動示意圖，可見間隙內的空腔在外部流體作用下也會產生聲學響應（類似于吹口哨），然后通過密封條傳入乘員艙內。

04 天窗/側窗風振

相信大家平時在開車的時候都有過這樣的經歷：如果單獨打開天窗，隨著車速的增加，會在三、四十公里/小時的時候，車內開始出現一個明顯的共振現象；但如果持續加速，大概在六、七十公里/小時的時候就會慢慢消失，這個共振現象就是我們常說的風振。風振到底是什么原因導致的呢？

當高速氣流流過天窗開口的前緣時，由于粘性和剪切，會在開口附近形成脫落渦->>脫落渦向下游發展的時候會和天窗開口的尾緣相互作用，產生聲激勵向乘員艙內輻射->>乘員艙在激勵作用下會產生聲壓響應；當此壓力響應的頻率和天窗前緣渦脫落的頻率一致的時候，會進一步激發渦脫落->>這樣前緣渦脫落和乘員艙的聲響應就形成了一個鎖定的自激振蕩，也就是我們常說的亥姆霍茲共振，即為天窗風振。當然前、后側窗單獨打開時也可能會引起風振。只是由于A柱渦流和后視鏡尾流的作用，前側窗的來流更加混亂，不易產生規則且高能的脫落渦，風振現象較弱；而后側窗的來流相對于前側窗更加光順，所以更容易出現風振現象。

上圖給出了某主機廠使用PowerFLOW進行天窗風振分析的結果。由于風振是典型的低頻共振問題，對來流工況非常敏感，因此為了準確評估風振現象，我們需要計算不同車速下的聲壓級峰值；然后以風速為橫坐標，峰值聲壓級為縱坐標，建立一條速度掃掠曲線來描述風振的開始、峰值以及衰退的過程。上圖的結果顯示，天窗導流板顯著改善了天窗風振，且實驗和仿真的結果在整個速度掃掠區間內都吻合的非常好。

小結

通過上述的介紹，大家可以看到，影響整車風噪性能的因素有很多，而聲壓級是對數疊加，最大的噪聲源往往占據主導作用。一旦某個噪聲源的聲壓級比其它噪聲源大很多時，即便把某些次要的噪聲源完全消除，總的噪聲水平依然沒有太大的變化。所以評估整車風噪性能的時候需要更加全面和準確的考慮多個因素。三板斧雖好，不能包治百病哦。

其實每一個應用都有其獨特和有趣的地方，后面咱們掰開來慢慢給大家聊吧。

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